Индикаторы кислоты и основания используются в химии для определения pH вещества. Они меняют свой цвет в зависимости от того, добавлены ли они к кислоте, основанию или нейтральному веществу. Большинство индикаторов сами по себе слабые кислоты и реагировать на изменения концентрации ионов водорода.
Шкала pH и индикаторы кислоты и основания
Диапазон pH составляет от 0 до 14, где 7 является нейтральным. PH выше 7 указывает на основание, а значение ниже 7 указывает на кислоту. Шкала pH является логарифмической, и при изменении каждого отдельного числа на шкале происходит десятикратное изменение кислотности или щелочности (основности).
Кислотные и основные индикаторы чувствительны к изменению pH, а точнее к изменению концентрации ионы водорода, H+, в растворе.
Большинство кислотных и основных индикаторов представляют собой большие органические молекулы, которые содержат чередующиеся двойные и одинарные углерод-углеродные связи. В основных растворах кислотные и основные индикаторы становятся ионами, теряя ионы водорода из своего химического состава, обычно из группы ОН. Это изменяет структуру молекулы, в результате чего индикаторы поглощают свет с разной длиной волны и меняют цвет.
Типы индикаторов
Многие типы индикаторов работают по всей шкале pH. Важно выбрать тот, который соответствует рассматриваемому диапазону pH. Ниже приведены несколько общих индикаторов.
Лакмусовая бумага
Одним из распространенных кислотно-щелочных индикаторов является лакмусовая бумага, созданная обработкой фильтровальной бумаги красителем, полученным из лишайников. Раствор, нанесенный на лакмусовую бумагу, либо сохранит цвет лакмусовой бумаги, либо изменит его.
Красная лакмусовая бумажка - слабая дипротонная кислота; он может отдавать два атома водорода. При pH ниже 4,5 красная лакмусовая бумажка остается красной, но становится синей в основе. При pH выше 8,3 синяя лакмусовая бумажка остается синей, но становится красной в кислоте.
Лакмусовая бумажка не может определить значение pH, только для различать кислоты и основания. Нейтральная лакмусовая бумага фиолетового цвета.
Индикатор фенолфталеина
Индикатор фенолфталеина представляет собой слабую кислоту, которая имеет две разные структуры в зависимости от того, находится ли она в растворе щелочи (розовый) или кислоты (бесцветный). Раствор щелочи поглощает свет в видимом спектре света, и человеческий глаз воспринимает изменение цвета на розовый при уровне pH 8,2, продолжающееся ярким пурпурным при pH 10 и выше.
Фенолфталеин обычно используется в качестве индикатора в экспериментах по кислотно-щелочному титрованию в химической лаборатории. Раствор известной концентрации осторожно добавляют к раствору неизвестной концентрации и индикатора фенолфталеина. Когда раствор превращается из бесцветного в розовый (или наоборот), титрование или достигнута точка нейтрализации, и можно рассчитать неизвестную концентрацию.
Индикатор бромтимолового синего
Бромтимоловый синий, слабая кислота, чаще всего используется в качестве индикатора для относительно нейтральных растворов - слабых кислот и оснований. Диапазон pH составляет от 6 до 7,6. Раствор кажется желтым до pH 6, в нейтральном растворе он становится зеленым, и он становится синим в щелочных растворах с pH выше 7,6.
В лаборатории бромтимоловый синий часто используется как биологическое пятно на предметном стекле, для тестирования фотосинтеза и может использоваться для тестирования pH в плавательных бассейнах.
Индикатор метилового красного
В качестве индикатора кислоты и основания метиловый красный цвет становится красным в кислых растворах при pH 4,4 и ниже и становится желтым при достижении pH 6,2. Между этими конечными значениями цвета, в диапазоне pH от 4,4 до 6,2, цвет оранжевый.
Метиловый красный может использоваться как индикатор кислоты и основания в лаборатории и как азокраситель, самая большая группа синтетических красители, обычно используется для обработки текстильных изделий.
Универсальный индикатор
Универсальный индикатор - это раствор, содержащий смесь индикаторов, чаще всего фенолфталеина, метилового красного и бромтимолового синего. Определение приблизительного pH достигается добавлением в раствор нескольких капель универсального индикатора.
Красный цвет указывает на сильную кислоту в диапазоне pH от 1 до 4, тогда как слабая кислота имеет оранжевый оттенок. В нейтральном растворе цвет становится желто-зеленым. Пурпурный указывает на сильное основание, pH выше 11, тогда как слабые основания имеют голубоватый оттенок.